Blackfin及嵌入式uClinux在数据采集系统中的应用

发布时间:2010-7-9 21:04    发布者:zealot
关键词: Blackfin , uclinux , 嵌入式 , 数据采集
在数据采集系统中,数字处理是系统核心内容之一;然而随着科技发展,越来越多的功能需求使得采集系统的外设也越来越复杂,外设通讯和驱动编写成为一项复杂和繁琐的工作。以应用为中心的嵌入式系统为此类需求提供了一个良好的解决方案,能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求。ADI公司的Blackfin系列处理器将嵌入式微控制器和DSP融为一体,取二者之长,提高了系统工作效能,大大降低了成本。同时,多线程的实时嵌入式操作系统也可增强采集系统的实时性、稳定性。对开发者来说,Blackfin处理器和μClinux的结合很有吸引力。

系统结构及硬件平台

本数据采集系统主要由2个数据采集通道、1个触发通道、ADc转换及存储电路、DSP及FPGA控制部分组成,并包含有以太网、RS232接口、USB、TFT液晶显示部分。系统硬件平台原理框图如图1所示。



信号从采集通道进入,经过信号调理电路进入ADC,被转换后的数字信号即进入FPGA、DSP进行数字控制处理。经过DSP处理过的信号,可送至其它外设以显示、存储,或通讯。

BF531为系统的核心部分之一,供电电压3.3V,内核电压1.2V,为了使系统能够开机自动从FLASH中启动,设置。BMODE为00,即从外部存储器启动。FPGA、片外SDRAM、FLASH,以及USB和液晶直接和bf531通过地址线、数据线相连。

系统中应用了TFT LCD液晶显示模块FG050605DNC:,该LCD控制简单,只有RGB每色5个共15个信号,以及数据使能、数据时钟和行频、场频控制信号。LCD晶直接由DSP控制,DSP的Timerl、Timer2提供行、场频信号,PPI口传输数据,由FPGA提供时钟,配置μClinux开辟一块framebuffer作为显示数据存储区,配合Linux下的液晶驱动,即可工作。

软件设计

由于DSP中运行的是基本上已经成熟的算法和控制流程,所以软件设计的主要工作为在DSP中嵌入操作系统。

U-Boot的移植

U-Boot的移植主要分为两个层面,一个是对CPU的移植,一个是针对Board的移植。U-Boot中已经有大量可直接下载到某些开发板上的程序,为了减小工作量,可选一个最接近自己设计的开发板来进行修改。本设计中采用了stamp目标板。

具体如下:

(1)拷贝board下面的文件夹stamp,重命名为mybf531,作为即将要修改配置的目标板。拷贝cpu下面的文件夹bf533,重命名为bf531,作为将要修改的cpu bf531。再将board和bf531文件夹中所有关于stamp板的文件名及包含头文件等改为mybf531;将所有关于bf533的文件名及包含头文件等改为bf531。注意文件间的依赖关系,确定是该添加文件还是修改文件,并记录文件改动。

(2)Makefile文件

在u-boot根目录下的makefile文件中添加bf531和mybf531的编译规则,如下:

ifeq($(CPU),bf531)
OBJS+=cpu/$(CPU)/start 1.0
OBJS+=cpu/$(CPU)/interrupt.0
0BJS+=cpu/$(CPU)/cache.0
OBJS+=cpu/$(CPU)/cplbhdlr.0
OBJS+=cpu/$(CPU)/cplbmgr.O
OBJS+=cpu/$(CPU)/flush.O
OBJS+=cPu/$(CPU)/
init sdram.O
endif
mybf531_config: unconfig
@./mkconfig$(@:_config=)
blackfin bf531 mybf531

(3)include/configs/mybf531.h

板子的功能配置信息大都在include/configs/mybf531.h中,故拷贝stamp.h并修改其中的启动信息和配置信息。重点修改部分如下:
时钟信息:

#define CONFIG CLKIN HZ
11059200
#deftne CONFIG VCO MULT
36
#deftne CONFIG SCLK DIV
5

FLASH信息:
#deftlie CFG MAX
FLASH SECT 67
#define CFG ENV ADDR
0x20004000
#defilie CFG ENV SIZE
0x2000
#deftne CFG ENV SECT SIZE
0x2000
#defi!qe CFG FLASH ERASE
TOUT 30000
#define CFG FLASH ERASE
TOUT 30000

SDRAM信息:
#define CONFIG MEM SIZE
128
#define CONFIG MEM ADD
WDTH 11
#deftlie CONFIG MEM
MT48LC64M4A2FB 7E 1

其它配置信息

#defilie AMBCTLOVAL
0xBBC3BBC3
#define AMBCTL 1 VAL
0x99839983
#define VDSP--ENTRY--ADDR
0xFFA00000
并将板子上不需要的功能的宏定义作相应设置。

(4)Board的移植

检查board/mybf531/中所有文件,首先将board和CPU的相关stamp.h、stamp.C改为bf531.h和mybf531.C,并检查其文件的设置、包含的头文件和宏定义是否正确。在board/mybf531/config.mk中,找到
TEXT_BASE=0x03FC0000
PLATFORM_CPPFLAGS+=-
I$(TOPDIR)
修改其中的TEXT_BASE值为SDRAM的最大地址与CFG_MONITOR_LEN之差。

(5)CPU的移植

检查cpu/bf531/中所有文件,首先将board和cpu的相关stamp.h、stamp.C改为bf531.h和mybf531.C,并检查其文件的设置、包含的头文件和宏定义是否正确。

cpu/bf53 1/cpu.C文件的修改主要在于配置SDRAM页的大小属性,设置ICPLB、DCPLB、cache的状态设置,icplb_table和dcplb_table和其相应属性的修改。

(6)其它

在以下文件夹中找到下面函数,检查并根据具体要求修改

init IRQ() cpu/bf531/ints.C
flash_init()drivers/
cfi_flash.C
env_init() common/
env flash.C
init_baudRate() lib_blackfin/
board.C
serial_init() cpu/bf531/
serial.C
console_init_f(); common/
console.C
display_banner();lib_blackfin/
board.C
checkboard(); board/stamp/
stamp.C
timer_init(); cpu/bf531/
interrupts.C

至此,U-Boot的修改配置基本完成,重新编译U-Boot代码,将得到的u-boot.bin通过JTAG口下载到目标板,如果能够通过串口输出启动信息,表明移植基本成功。其间仍需多次修改。移植成功后可相应对功能进行增删。

μClinux的移植下载

本文选择了httP://blackfin.UClinux.org中提供的μClinux-dist-RO6R2-RC2.tar.bz2作为系统使用μClinux的源代码。解压缩之后就可以进行内核配置和内核编译了,内核配置即为内核制定适当的功能。在解压缩之后的源码根目录下,执行make menuconfig或make xconfig进行配置。

其中重要的部分如下:

(1)系统cpu的选择、系统板卡的选择及设置

Kernel executes from RAM
Cyrstal Frequency 1000Hz
SDRAM Memory Size in Mbytes
32 SDRAM Memory
Address Width 9
Baud Rate 57600
Enable DMA Support
(BFIN_DMA_5xx)
EBIU_AMBCTL Global Control
EBIU_AMBCTL Control

(2)系统外设选择及驱动设置

本系统外挂以太网、USB、LCD及SPI FALSH,使用RS232、PPI接口等,μClinux内核源文件已经包含支持Blackfin系列处理器的驱动,故只需对各接口进行驱动选择,对部分外设进行驱动编写即可。主要的设置如下:

Networking support(NET)
Device Drivers
Detect non-CFI AMD/JEDEC-C 0 m P a t i b 1 e fl a s h C h i P S(MTD jEDECPROBE)
ST MW320D compatible flashchip support(MTD_MW320D)
Support for RAM chips in busmapping(MTD_RAM)
Parallel port support(PARPORT)
SCSI device support
NetW0 rk deVice SUPPort(NETdevices)
Blackfin BF53x ProgrammableFlags Driver(BF533_PFLAGS)
B1ackfin BF5xx PPI Driver(BF5xx_PPI)
Support for flame buffer devices(FB)
FG0506 TFT LCD on uClinux(M Y B F 5 3 1 S T A M P)(FB_BF531_FG0506)
Support for Host-side USB(USB)

其中FG0506 TFT LCD onUClinux(MYBF531 STAMP)(FB_BF531_FG0506)为在/uClinux-dist/linux2.6.x/driver/video/下编写bf531_fg0506.C的液晶显示驱动,并改写该文件夹下的Makefile和Kconfig文件,将该选项编入?clinux源程序的配置选项中。

(3)操作系统内核的剪裁

Analog DeVice s BlackfinEmbedded Linux Applicationconfiguration菜单下为关于Linux系统应用程序的配置信息,可以添加或删除适合本系统的软件设置,应用程序等。例如,如果要在系统上使用图形界面,就需要在此部分中选择Microwindows下的microwin和nano-x的相应选项,或是将Qt/Embedded编人μClinux源文件,再编入系统内核中。除了适合系统的特殊需要,一般此项中的内容不需修改。
全部选择完成之后,使用make进行内核编译,在images文件夹下会生成内核文件:linux.ext2、uImage.ext2、vmlinux、rootfs.ext2、rootfs.jffs2等,分别对应不同的文件系统、不同功能大小的系统。

使用串口或以太网将内核下载到板子上,启动?clinux看到欢迎界面和root:/>后,嵌入式操作系统即移植成功。

结语

经调试、修改,最终生成的内核已可以运行,并对USB、以太网、LCD有良好的支持,节约了大量设备驱动及通讯协议的编写,给多外设的采集系统提供了良好的驱动解决方案,节约了开发周期和难度。
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